嵌入式系统 - 寄存器

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寄存器在CPU中用于临时存储信息，这些信息可以是要处理的数据，或者是指向要获取的数据的地址。在8051中，有一种数据类型是8位，从MSB（最高有效位）D7到LSB（最低有效位）D0。对于 8 位数据类型，任何大于 8 位的数据类型在处理之前都必须分解为 8 位块。

8051最广泛使用的寄存器是A（累加器）、B、R0-R7、DPTR（数据指针）和PC（程序计数器）。除 DPTR 和 PC 外，所有这些寄存器都是 8 位的。

8051中的存储寄存器

我们将在这里讨论以下类型的存储寄存器 -

• 累加器
• R寄存器
• B寄存器
• 数据指针（DPTR）
• 程序计数器（PC）
• 堆栈指针 (SP)

累加器

累加器（寄存器 A）用于所有算术和逻辑运算。如果累加器不存在，则每次计算（加法、乘法、移位等）的每个结果都将存储到主存储器中。对主存储器的访问比对累加器等寄存器的访问慢，因为用于大主存储器的技术比用于寄存器的技术慢（但便宜）。

“R”寄存器

“R”寄存器是一组八个寄存器，即R0、R1 至R7。这些寄存器在许多操作中充当辅助或临时存储寄存器。考虑 10 和 20 之和的示例。将变量 10 存储在累加器中，将另一个变量 20 存储在寄存器 R4 中。要处理加法运算，请执行以下命令 -

ADD A,R4

执行该指令后，累加器将包含值30。因此“R”寄存器是非常重要的辅助或帮助寄存器。如果没有这些“R”寄存器，累加器本身不会很有用。“R”寄存器用于临时存储值。

让我们再举一个例子。我们将 R1 和 R2 中的值相加，然后从结果中减去 R3 和 R4 的值。

MOV A,R3   ;Move the value of R3 into the accumulator 
ADD A,R4   ;Add the value of R4 
MOV R5,A   ;Store the resulting value temporarily in R5 
MOV A,R1   ;Move the value of R1 into the accumulator 
ADD A,R2   ;Add the value of R2 
SUBB A,R5  ;Subtract the value of R5 (which now contains R3 + R4)

正如你所看到的，我们使用R5来暂时保存R3和R4的和。当然，这不是计算 (R1 + R2) – (R3 + R4) 的最有效方法，但它确实说明了使用“R”寄存器作为临时存储值的方法。

“B”寄存器

“B”寄存器与累加器非常相似，因为它可以保存 8 位（1 字节）值。“B”寄存器仅由两条 8051 指令使用：MUL AB和DIV AB。要快速轻松地将 A 乘以或除以另一个数字，您可以将另一个数字存储在“B”中并使用这两个指令。除了使用 MUL 和 DIV 指令之外，“B”寄存器还经常用作另一个临时存储寄存器，很像第九个 R 寄存器。

数据指针

数据指针 (DPTR) 是 8051 唯一用户可访问的 16 位（2 字节）寄存器。累加器、R0–R7 寄存器和 B 寄存器是 1 字节值寄存器。DPTR 旨在指向数据。8051 使用 DPTR 指示的地址来访问外部存储器。DPTR 是唯一可用的 16 位寄存器，通常用于存储 2 字节值。

程序计数器

程序计数器（PC）是一个 2 字节地址，它告诉 8051 在内存中可以找到下一条要执行的指令。当 8051 初始化时，PC 从 0000h 开始，并在每次执行指令后递增。PC并不总是加1。有些指令可能需要2或3个字节；在这种情况下，PC 将增加 2 或 3。

分支、跳转和中断操作将下一个顺序位置以外的地址加载到程序计数器中。激活上电复位将导致寄存器中的所有值丢失。这意味着复位时 PC 的值为 0，迫使 CPU 从 ROM 位置 0000 获取第一个操作码。这意味着我们必须将上行码的第一个字节放在 ROM 位置 0000，因为这是 CPU 期望找到的位置。第一条指令。

堆栈指针 (SP)

与除 DPTR 和 PC 之外的所有寄存器一样，堆栈指针可以保存 8 位（1 字节）值。堆栈指针指示要从堆栈中删除下一个值的位置。当一个值被压入堆栈时，SP 的值会递增，然后该值将存储在结果内存位置。当一个值从堆栈中弹出时，该值从 SP 指示的内存位置返回，然后 SP 的值递减。

这个操作顺序很重要。当8051初始化时，SP将被初始化为07h。如果同时将一个值压入堆栈，则该值将存储在内部 RAM 地址 08h 中，因为 8051 将首先递增 SP 的值（从 07h 到 08h），然后将压入的值存储在该内存中地址（08h）。SP 由 8051 通过 6 个指令直接修改：PUSH、POP、ACALL、LCALL、RET 和 RETI。

8051中的ROM空间

8051系列的一些成员只有4K字节的片内ROM（例如8751、AT8951）；有些具有8K ROM，如AT89C52，还有一些家族成员具有32K字节和64K字节片上ROM，如Dallas Semiconductor。需要记住的一点是，8051 系列的任何成员都不能访问超过 64K 字节的操作码，因为 8051 中的程序计数器是 16 位寄存器（0000 到 FFFF 地址）。

8051 内部程序 ROM 的第一个位置的地址为 0000H，而最后一个位置可能会有所不同，具体取决于芯片上 ROM 的大小。在 8051 系列成员中，AT8951 具有 $k 字节的片上 ROM，其存储器地址为 0000（第一个位置）到 0FFFH（最后一个位置）。

8051 标志位和 PSW 寄存器

程序状态字（PSW）寄存器是一个8位寄存器，也称为标志寄存器。它是8位宽，但只使用了6位。两个未使用的位是用户定义的标志。其中四个标志称为条件标志，这意味着它们指示执行指令后产生的条件。这四个是CY（进位）、AC（辅助进位）、P（奇偶校验）和OV（溢出）。RS0 和 RS1 位用于更改组寄存器。下图显示了程序状态字寄存器。

PSW 寄存器包含反映 CPU 当前状态的状态位。

我们可以使用 RS0 和 RS1 位选择相应的寄存器组位。

• CY，进位标志- 每当 D7 位有进位输出时，该进位标志就被置位 (1)。它在 8 位加法或减法运算后受到影响。也可以通过“SETB C”和“CLR C”等指令直接将其重置为1或0，其中“SETB”代表设置位进位，“CLR”代表清除进位。

• AC，辅助进位标志− 如果在 ADD 或 SUB 操作期间有来自 D3 和 D4 的进位，则 AC 位被设置；否则，它被清除。它用于执行二进制编码的十进制算术运算的指令。

• P，奇偶校验标志- 奇偶校验标志仅表示累加器寄存器中 1 的数量。如果A寄存器包含奇数个1，则P = 1；对于偶数个 1，P = 0。

• OV，溢出标志- 当有符号数运算的结果太大导致高位溢出到符号位时，该标志被设置。它仅用于检测有符号算术运算中的错误。

例子

显示以下指令中添加 9CH 和 64H 后 CY、AC 和 P 标志位的状态。

MOV A，#9CH

添加A，#64H

Solution:  9C   10011100 
          +64   01100100 
          100   00000000 
			 
CY = 1 since there is a carry beyond D7 bit  
AC = 0 since there is a carry from D3 to D4 
P  = 0 because the accumulator has even number of 1's